Additive Produktion integrieren

Andreas Mühlbauer,

Die agile Lieferkette

Um die Abhängigkeit von Lieferketten zu verringern, bietet es sich für viele produzierende Unternehmen an, Teile der Produktion auf additive Fertigung umzustellen oder diese als ergänzende Technik zu nutzen, falls Probleme in der konventionellen Versorgung auftreten.

Der 3D-Druck eignet sich in vielen Fällen als Alternative oder Ergänzung zu konventionellen Fertigungsmethoden. © 3D Systems

In den letzten Jahren haben Hersteller ihre globale Lieferkette weiterentwickelt, um sich auf Unsicherheiten vorzubereiten. Doch die Pandemie hat selbst die widerstandsfähigsten Lieferketten auf die Probe gestellt. Zu Beginn der Corona-Krise benötigten Mitarbeiter im Gesundheitswesen verstärkt persönliche Schutzausrüstung zur Behandlung der Patienten. Gleichzeitig stieg der Bedarf an Beatmungsgeräten stark an und die Produktionslinien kamen zum Stillstand, da keine Rohstoffe verfügbar waren. 

Die Folgen der Pandemie auf die Lieferketten wurden deutlich. Gleichzeitig zeigte sich, dass mit Hilfe der additiven Fertigung die notwendige Ausrüstung schnell produziert werden konnte. Unabhängig von der Branche setzten sich Hersteller rund um den Globus ein, um die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage bei dringend benötigten Artikeln zu schließen. Die additive Fertigung kommt ohne Werkzeugfertigung aus und ermöglicht eine fast sofortige Konstruktion und Produktion. Außerdem lassen sich neue komplexe und kundenspezifische Geometrien erstellen und vorhandene Teile mittels Reverse Engineering rekonstruieren. Damit fördert die additive Fertigung die standortübergreifende Produktion im Vergleich zu einer zentralisierten Lieferkette mit nur einem Lieferanten, komplexer Logistik und langen Vorlaufzeiten.

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Die Basis für die additive Fertigung

Die Rolle der additiven Fertigung hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Von einer 3D-Drucktechnologie für die Prototypenerstellung, die von Chuck Hull, dem Mitgründer und CTO von 3D Systems, entwickelt wurde, hin zu einer Lösung, die durchgängige Fertigungsprozesse ermöglicht und Teile in Produktionsqualität liefern kann. Die Qualität der Teile, die Druckgeschwindigkeit, die Materialeigenschaften und die Gesamtkosten des Systems haben sich so verbessert, dass eine direkte Produktion heute mit additiver Fertigung möglich ist. Damit ist sie eine Strategie, um die Folgen von globalen Lieferproblemen zu reduzieren. Die direkte Produktion ermöglicht ein neues, dezentrales Herstellungsmodell, bei dem Fertigungsressourcen vor Ort genutzt werden können, um lokale Anforderungen zu erfüllen.

3D-Drucker können in der eigenen Fertigung genutzt oder externe Dienstleister beauftragt werden. © 3D Systems

Wenn ein Hersteller auf eine agile Fertigung setzen möchte, dann muss er drei wichtige Aspekte berücksichtigen. Erstens müssen die Abhängigkeiten von bestehenden Vorgehensweisen verringert werden. Dies umfasst sowohl konventionelle Produktionsmethoden und Produktentwicklungszyklen als auch die Lieferantenbeziehungen sowie das Bestandsmanagement. Zweitens muss er in dem heutigen, schnelllebigen Umfeld seine Prozesse laufend weiterentwickeln. Wenn Hersteller ihre Prozesse überdenken und verfeinern, müssen sie auch die Produktionsqualität, Wiederholbarkeit und Rückverfolgbarkeit sicherstellen – unabhängig davon, welche Technologie sie verwenden. Das sollte jedoch nicht zu Lasten der Qualität ihrer Produkte gehen. Und schließlich müssen diese Lösungen optimiert und mit den richtigen Softwarelösungen ausgestattet werden, um gleichzeitig produktiv und flexibel zu sein. Aktuell wird Software in der Fertigung häufig für einzelne Funktionen oder Schritte eingesetzt. Führende Hersteller beginnen jetzt damit, Software in ihren gesamten Fertigungsablauf zu integrieren, welche als digitaler Faden die einzelnen Schritte zu einem umfassenden Gesamtprozess zusammenfasst.

Der Weg zur Agilität

Bei der Integration der additiven Fertigung in ihre aktuelle Umgebung folgen die Hersteller im Allgemeinen einem von zwei Wegen. Der erste besteht darin, für die additive Fertigung grundsätzlich vorbereitet zu sein. Hier wird die additive Fertigung nur als Produktionsalternative geplant, falls es notwendig ist. In diesem Fall ist es am effizientesten, mit einem Dienstleister zusammenzuarbeiten, der bei Bedarf Kapazitäten ausgleichen kann. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die additive Fertigung bereits vor Ort in die Fertigungsprozesse zu integrieren. Egal, ob sich das Unternehmen für eine Auslagerung oder die innerbetriebliche Bereitstellung entscheidet, die Prüfung und Verifizierung von additiven Fertigungsmaterialien und -verfahren für die jeweilige Anwendung gehört in beiden Fällen dazu. Zur Einführung der additiven Fertigung sollten Hersteller diese Schritte befolgen:

  • Wie soll die additive Fertigung in der Fertigungsumgebung genutzt werden? Wird sie nur vorübergehend verwendet oder unterstützt sie, die Produkte zu diversifizieren?
  • Welche Anwendungen sollen mit der additiven Fertigung unterstützt werden? Die additive Fertigung ist nicht die beste Lösung für jede Anwendung. Daher ist es wichtig zu wissen, was das fertige Teil leisten soll, um die besten Materialien und geeignete Fertigungsprozesse auszuwählen.
  • Es ist besser, mit indirekten Fertigungsabläufen zu beginnen, besonders wenn ein Hersteller keine Erfahrung mit additiver Fertigung hat. Die Anfertigung von Vorrichtungen und Halterungen ist ein guter Test, der gleichzeitig die Weiterentwicklung der Produktionslinien vorantreibt. Erst nachdem die additive Fertigung sich als wertvoll erwiesen hat, sollte der Übergang zu vollständigen Produktionsanwendungen erfolgen.
  • Durch die Integration der richtigen Fertigungstechnologien und Softwarelösungen lässt sich der gesamte Arbeitsablauf verbessern. Neben der 3D-Drucktechnologie und den Materialien spielt die Software ebenfalls eine sehr wichtige Rolle.
  • Hersteller sollten sich gut überlegen, ob sie die additive Fertigung zunächst auslagern möchten, wenn sie keine Erfahrung mit additiver Fertigung haben oder nicht sicher sind, ob sie die Investition tätigen möchten. Durch die Zusammenarbeit mit einem Dienstleister können sie auch kurzfristig auf Nachfrageschwankungen oder Kapazitätsengpässe reagieren. Der gleiche Partner wird wahrscheinlich auch eine große Hilfe sein, sobald sich der Hersteller entscheidet, die additive Fertigung vollständig in den eigenen Workflow zu integrieren.

Die Wirtschaft hat sich im Jahr 2020 zweifellos verändert. Unternehmen, die offen für Veränderungen sind – und sich auch selbst verändern können –, sind diejenigen, die weiterhin wachsen werden. Die additive Fertigung in die Lieferkette zu integrieren, ist eine Strategie, um schneller und effektiver auf künftige Störungen und neu entstehende Produktionsanforderungen zu reagieren. Agilität ist der Schlüssel für wirtschaftliche Stabilität in der Zukunft.
Ferdie Bruijnen, VP, Supply Chain Operations & On Demand Manufacturing, 3D Systems

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